JP2763063B2

JP2763063B2 - 光情報読み取り装置

Info

Publication number: JP2763063B2
Application number: JP5104840A
Authority: JP
Inventors: 政宏河村; 式雄吉田; 武尚石原; 貴彦中野
Original assignee: Consejo Superior de Investigaciones Cientificas CSIC
Current assignee: Consejo Superior de Investigaciones Cientificas CSIC
Priority date: 1993-04-30
Filing date: 1993-04-30
Publication date: 1998-06-11
Anticipated expiration: 2013-06-11
Also published as: JPH06314437A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、例えばレーザービーム
を微小なスポット光に絞って光ディスク等の情報記録媒
体の記録面に入射し、該記録面からの反射光を検出する
ことにより、情報の読み取りを行う光情報読み取り装置
に関する。

【０００２】

【従来の技術】この種の光情報読み取り装置の一例とし
て、光ピックアップがある。図６は、従来のＣＤ（コン
パクトディスク）用光ピックアップの光学系を示す。以
下にその構成を動作と共に説明する。

【０００３】光源となる半導体レーザ２０１から下方に
向けて出射された光ビームは、その出射側に設けられた
コリメートレンズ２０２により平行光にされ、続いて偏
光ビームスプリッタ２０３、１／４波長板２０４を経て
対物レンズ２０５に導かれる。対物レンズ２０５は入射
ビームを集光し、これに対設されたディスク２０６のデ
ィスク面に光スポットを照射する。

【０００４】一方、ディスク２０６からの反射光（戻り
光）は、再び１／４波長板２０４を通過して、偏光ビー
ムスプリッタ２０３によって光路を直角に反射され、偏
光ビームスプリッタ２０３の側方に配置された集光レン
ズ２０７に導かれる。続いて、集光レンズ２０７、シリ
ンドリカルレンズ２０８を経て、光検出器２０９上に集
光され、該光検出器２０９によって光電変換される。そ
して、光電変換された電気信号をもとにディスク２０６
の情報の読み取りが行われる。

【０００５】しかしながら、この光学系は上記のように
多数の光学素子で構成されているため、まず、第１に部
品点数が多く、光学系全体の小型化が困難であるという
欠点がある。第２に、衝撃や周囲環境の変化から光学系
を有効に保護するために、堅固、かつ重量のあるホルダ
ーが必要になるので、光ピックアップの軽量化を図る上
で限界がある。

【０００６】このような従来技術の欠点を解消し得る光
ピックアップとして、本願出願人が特願平３−１６４６
２３号で先に提案した光透過性ブロックを用いた光情報
読み取り装置がある。

【０００７】図７および図８はこの光情報読み取り装置
を示す。この光情報読み取り装置は、樹脂或いはガラス
を直方体状に成形した光透過性ブロック１００の表面
（表裏両面）に半導体レーザ１０２、光検出器１０４、
ホログラムビームスプリッタ１０５、対物レンズ１０
７、ホログラムコリメートレンズ１１４および３ビーム
用回折格子１１２を図示のごとく配置している。なお、
ホログラムコリメートレンズ１１４は、光透過性ブロッ
ク１００の長手方向一端部における裏面側に設けられた
傾斜面１０１上に形成されている。

【０００８】傾斜面である光透過性ブロック１００の長
手方向他端面にサブマウント１０３を介して取り付けら
れた半導体レーザ２から出射された光ビームは、上記の
各光学素子間を反射を繰り返しながらジグザク状に伝搬
した後、光透過性ブロック１００の長手方向他端部にお
ける上面に膨出形成された対物レンズ１０７により集光
されて、光ディスク１０８上に光スポットとして照射さ
れる。

【０００９】一方、光ディスク１０８からの反射光は、
上記とは逆の経路を辿って、最終的に光検出器１０４に
受光されて光電変換される。

【００１０】このように、特願平３−１６４６２３号の
光透過性ブロックを用いた光情報読み取り装置では、光
の伝播路を折り返し状の経路としているので、結果的に
光学系のサイズを小型化できる。また、光透過性ブロッ
ク１００が伝搬路以外に各光学素子のホルダーとしての
機能をも併せ持つため、光ピックアップの軽量化が実現
されている。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、特願平
３−１６４６２３号の光透過性ブロックを用いた光情報
読み取り装置では、光学素子が光透過性ブロック１００
上の異なる面に配置されているため、以下に示す理由に
より、光学素子相互の位置合わせを精度よく行うことが
困難であるという問題点を有している。

【００１２】一般に、光情報読み取りを行うためには、
各光学素子を正確な位置に配置し、光ビームを微小な集
光スポットに絞ることが必要不可欠である。ところが、
この光情報読み取り装置においてはそれが難しく、例え
ば光透過性ブロック１００上に、半導体レーザ１０２や
光検出器１０４を除く他の光学素子を全て射出成型によ
り作製するものとすると、各光学素子の水平方向距離、
高さ、角度等を正確に合わせ、かつ対物レンズ１０７の
曲面形状やホログラム素子の数μｍピッチの微細なパタ
ーンを誤差なく高精度に成型しなければならないため、
金型の製作およびそれを用いた射出成型には、非常に高
度な技術が必要になる。

【００１３】また、このような製造方法とは異なり、対
物レンズ１０７と、ホログラムコリメートレンズ１１４
が形成される傾斜面１０１のみを射出成型により作製す
ることにし、他のホログラム光学素子を”２Ｐ法”や”
熱転写法”等の他の方法で、後から作製する製造方法に
よる場合についても、ステッパを配置する面が光透過性
ブロック１００を挟んで反対側にあることや、なおか
つ、傾斜面１０１上であることから、精度よく位置合わ
せするには非常に高度な技術が必要となる。

【００１４】同様に、半導体レーザ１０２や光検出器１
０４等の光学素子部品についても、傾斜面１１０上に正
確に配置しなければならず、そのための調整装置も別に
必要となる。

【００１５】以上のように、特願平３−１６４６２３号
の光透過性ブロックを用いた光情報読み取り装置では、
各々の光学素子が、光透過性ブロック１００のそれぞれ
異なる面上に配置されていることから、位置合わせに高
度な技術と、多くの調整時間が必要であるため、量産性
が悪く、光ピックアップの低価格化を図る上での妨げと
なっていた。

【００１６】本発明はこのような従来技術の問題点を解
決するものであり、同一面上の光学素子同士の相対位置
を調整するだけで済み、量産性が図れ、大幅なコストダ
ウンが可能になる光情報読み取り装置を提供することを
目的とする。

【００１７】

【課題を解決するための手段】本発明の光情報読み取り
装置は、光透過性ブロックの同一面上に発光素子、受光
素子および対物レンズ等の光学素子を配置して一体化さ
れており、該光透過性ブロックの相対向する他方の面を
反射面として、これら２面の間を光の伝搬路とする光学
系を有する光情報読み取り装置であって、該光透過性ブ
ロックの反射面における長手方向両端部に傾斜面がそれ
ぞれ形成され、両傾斜面の傾斜角度が同一とされ、か
つ、該光学素子のそれぞれが素子同士の相対位置関係が
一定になるように調整して該光透過性ブロックに取り付
けられており、該光透過性ブロック内の全光路長が該光
透過性ブロックに対する光学素子全体の取り付け位置の
変動にもかかわらず、一定になる構成を有しており、そ
のことにより上記目的が達成される。

【００１８】また、前記光透過性ブロックが、前記光学
素子を配置した面に平行な反射面を有する構成とする。

【００１９】

【作用】上記の構成によれば、光透過性ブロックの同一
面上に発光素子、受光素子および対物レンズ等の光学素
子を配置して一体化し、この光透過性ブロックを光の伝
搬路とする光学系とし、この光透過性ブロックの反射面
における長手方向両端部に傾斜面がそれぞれ形成され、
両傾斜面の傾斜角度が同一とされている。このため、光
透過性ブロックの同一面上に配置されるべき光学素子の
相対位置関係を一定に調整するだけで、光透過性ブロッ
ク内の全光路長を、光学素子個々の光透過性ブロックに
対する取付位置が変動したとしても、常時一定にでき
る。

【００２０】光路長が一定であれば、光透過性ブロック
内を伝播する光の位相変化量が等しくなるので、伝播後
の波面の状態も等しくなる。対物レンズに入射する光の
波面が等しければ、対物レンズによって集光されて、光
ディスク等の情報記録媒体の記録面に照射される光ビー
ム（光スポット）の状態も変わらないため、光情報の読
み取りに必要な微小集光スポットが形成されることにな
る。従って、上記の構成によれば、高信頼性の光情報読
み取り装置を実現できる。また、光透過性ブロックに光
学素子を配置した面に平行な反射面を設けることで、こ
の反射面を利用して光の伝搬路を構成することが可能と
なる。

【００２１】なお、上記のような調整によって、光路長
が一定になる理由については、後述の実施例中で説明す
る。

【００２２】

【実施例】以下に本発明の実施例を説明する。

【００２３】図１及び図２は本発明の光情報読み取り装
置を示す。この光情報読み取り装置は、上辺が下辺より
も長くなった台形状をなす光透過性ブロック１の上面
（表面）１３に、Ｓｉ基板６、半導体レーザ２がマウン
トされたサブマウント３および対物レンズ７を搭載して
構成されている。また、Ｓｉ基板６の下面には多分割受
光素子からなる光検出器４とホログラムビームスプリッ
タ５が形成されている。

【００２４】光透過性ブロック１は樹脂又はガラスを成
形して作製され、下面１４の長手方向（なお、図中に光
透過性ブロック１の長手方向をＹで示し、幅方向をＸで
示してある。）両端部には、同一の傾斜角を有する傾斜
反射面１１、１２が形成されている。Ｓｉ基板６は光透
過性ブロック１の長手方向中央部に搭載され、該Ｓｉ基
板６の図上左端部に相当する長手方向他端部にサブマウ
ント３が搭載されている。光検出器４はＳｉ基板６の下
面おけるサブマウント３の近傍に配置され、ホログラム
ビームスプリッタ５はＳｉ基板６の下面における長手方
向一端側に形成されている。更に、対物レンズ７は光透
過性ブロック１の上面１３の長手方向一端部に固定配置
され、その上方に光ディスク８が対設されている。

【００２５】以下にこの光情報読み取り装置の動作につ
いて説明する。図２に示すように、半導体レーザ２から
下方に向けて出射された光ビームは、光透過性ブロック
１内に垂直に入射し、傾斜反射面１１、ホログラムビー
ムスプリッタ５、傾斜反射面１２と順に反射を繰り返し
た後、対物レンズ７に導かれ、この対物レンズ７によっ
て上方の光ディスク８の記録面上に光スポットとして集
光される。

【００２６】一方、光ディスク８で反射された光は前記
の経路を逆に進んでホログラムビームスプリッタ５に入
射し、このホログラムビームスプリッタ５によって偏向
され、光検出器４上に集光される。

【００２７】光検出器４によって光電変換された電気信
号により、プッシュプル法（トラッキング誤差信号）お
よびビームサイズ法（フォーカス誤差信号）を用いてサ
ーボ信号が検出され、このサーボ信号によって図示しな
いサーボ機構が駆動されてトラッキングサーボおよびフ
ォーカシングサーボが行われる。また、光検出器４によ
って光電変換された電気信号により光ディスク８に書き
込まれた情報信号の検出が行われる。

【００２８】次に、光情報読み取り装置の組立方法、す
なわち各光学素子の取り付け方法について説明する。ま
ず、光透過性ブロック１への組立時に下面となるＳｉ基
板６の表面に、光検出器４およびホログラムビームスプ
リッタ５を作製する。具体的には、光検出器４は通常の
半導体製造技術を用いて作製される。また、ホログラム
ビームスプリッタ５は、ＩＣプロセス技術によりＳｉ基
板６上にＡｌのホログラムパターンを形成することによ
り作製される。これらの加工精度や位置精度は非常に優
れており、そのため光検出器４とホログラムビームスプ
リッタ５はＳｉ基板６上の設計通りの位置に取り付けら
れることになる。

【００２９】次に、半導体レーザ２をマウントしたサブ
マウント３を、Ｓｉ基板６上に位置合わせして搭載す
る。具体的には、Ｓｉ基板６は劈開により正確な端面が
形成されるので、この端面を位置合わせのための基準面
９として、半導体レーザ２のＹ方向における取り付け位
置を決定する。Ｘ方向の取り付け位置は、Ｓｉ基板６上
に予めマーカを施しておき、それをもとに決定する。

【００３０】次に、Ｓｉ基板６と対物レンズ７を光透過
性ブロック１の上面１３に取り付ける。具体的には、ま
ず、Ｓｉ基板６の基準面９と、光透過性ブロック１の上
面１３における長手方向他端縁に相当する基準線１０と
の角度調整、すなわち基準面９と基準線１０とを平行に
する調整作業を行う。

【００３１】続いて、図３に示すように、半導体レーザ
２と対物レンズ７の間のＹ方向の離隔距離Ｌが設計値と
同じ値になるように注意して合わせた後、両者を光透過
性ブロック１の上面１３上に取り付ける。距離Ｌが一定
であれば、換言すれば、Ｓｉ基板６と対物レンズ７の位
置関係が一定に保たれていれば、光透過性ブロック１に
対する両者の取り付け位置がずれても、光透過性ブロッ
ク１内の全光路長は常に一定になる（線分ＡＢ＋線分Ｂ
Ｃ＋線分ＣＤ＋ＤＥ＝線分Ａ’Ｂ’＋線分Ｂ’Ｃ’＋線
分Ｃ’Ｄ’＋線分Ｄ’Ｅ’）。その理由については後述
する。

【００３２】尚、図３に示すように、Ａ点は半導体レー
ザ２を図の実線で示す位置に取り付けた場合に、半導体
レーザ２から出射される光ビームが光透過性ブロック１
の上面１３に入射する位置を示す。また、Ｂ点は光透過
性ブロック１内を伝播した光ビームが傾斜反射面１１に
入射する位置を、Ｃ点は傾斜反射面１１で反射された光
ビームがＳｉ基板６上のホログラムビームスプリッタ５
に入射する位置を、Ｄ点はホログラムビームスプリッタ
５で反射された光ビームが傾斜反射面１２に入射する位
置を、Ｅ点は傾斜反射面１２で反射された光ビームが対
物レンズ７に近接する光透過性ブロック１の上面１３に
入射する位置をそれぞれ示している。

【００３３】また、Ａ’点、Ｂ’点、Ｃ’点、Ｄ’点、
Ｅ’点は、半導体レンズ２が図の破線で示す位置に取り
付けられた場合の上記Ａ点、Ｂ点、Ｃ点、Ｄ点およびＥ
点にそれぞれ対応する位置である。

【００３４】ここで、光路長が等しければ、光の位相変
化量が等しく、その結果、伝搬後の光の波面の状態も等
しくなる。更に、対物レンズ７に入射する光の波面が等
しければ、対物レンズ７により光ディスク８上に集光さ
れる光ビームの状態も変わらないため、光情報の読み取
りに必要な微小集光スポットが光ディスク８の記録面上
に精度よく形成されることになる。それ故、光情報の読
み取りを高精度に行うことができる。

【００３５】尚、半導体レーザ２と対物レンズ７の間の
離隔距離Ｌを一定値に固定することによって、同時にＳ
ｉ基板６に設けた他の光学素子、すなわち光検出器４お
よびホログラムビームスプリッタ５の位置合わせが行わ
れる。

【００３６】図４は本発明の光情報読み取り装置の他の
実施例を示す。但し、図４では主光線以外は省略してあ
る。本実施例では、光透過性ブロック１の下面１４をも
反射面として使用する実施形態をとる。このため、本実
施例の光透過性ブロック１では、光透過性ブロック１内
を伝播する光ビームの反射回数が上記実施例の場合より
も多くなっている。本実施例においても、上記と全く同
様の調整方法により、微小集光スポットを形成すること
ができる。

【００３７】次に、図５に従い上記の組立方法によって
光路長が一定となる理由を説明する。今、傾斜反射面１
１、１２の傾斜角度が等しく共にθ₁であるとすると、
Ａ→Ｂ→Ｃ→Ｄ→Ｅの経路で光透過性ブロック１内を伝
播する光線（光ビーム）と、Ａ’→Ｂ’→Ｃ’→Ｄ’→
Ｅ’の経路で光透過性ブロック１内を伝播する光線とは
常に平行になり、光透過性ブロック１の幾何学的形状に
より錯角、同位角、対頂角が等しいことから、また、光
ビームの入射角と反射角が等しいことから、図５中に、

【００３８】

【外１】

【００３９】で表した１２個の角は全てθ₁になる。

【００４０】また、同図中に、

【００４１】

【外２】

【００４２】で表した４個の角も全て等しく、θ₂（θ₁
≠θ₂）とする。

【００４３】但し、ここでいう傾斜反射面１１、１２の
傾斜角度θ₁とは、光透過性ブロック１の下面１４では
なく、あくまでも上面１３を基準とする角度であり、上
面１３と下面１４が平行でない場合は常に上面１３を基
準として表される。

【００４４】なお、図４に示す実施例のように、傾斜反
射面１１、１２だけでなく下面１４をも反射面として利
用する場合は、上面１３と下面１４とを必ず平行にする
必要がある。

【００４５】更に、図５において、Ｂ’点を通る水平線
２０と、線分ＡＢとの交点をＰ、線分ＢＣとの交点をＱ
とし、また、Ｄ点を通る水平線２１と、線分Ｃ’Ｄ’と
の交点をＲ’、線分Ｄ’Ｅ’との交点をＳ’とする。

【００４６】このような条件下において、四角形Ａ’
Ｂ’ＰＡと四角形Ｓ’ＤＥＥ’は長方形、四角形Ｂ’Ｑ
ＣＣ’と四角形Ｒ’ＤＣＣ’は平行四辺形であるので、
線分Ａ’Ｂ’＝線分ＡＰ、線分Ｂ’Ｃ’＝線分ＱＣ、線
分Ｃ’Ｒ’＝線分ＣＤ、線分Ｓ’Ｅ’＝線分ＤＥである
ことは明らかである。

【００４７】以下に残りの光路である線分ＰＢＱと線分
Ｒ’Ｄ’Ｓ’が等しいことを証明する。まず、△Ｂ’Ｂ
Ｑと△ＤＤ’Ｒ’は、１辺とその両端の角度が等しいこ
とにより、合同であることが証明される。

【００４８】∵四角形Ｂ’ＱＣＣ’と四角形Ｒ’ＤＣ
Ｃ’は共に平行四辺形であるので、線分Ｂ’Ｑ（＝線分
Ｃ’Ｃ）＝線分Ｒ’Ｄとなり、図より∠ＢＢ’Ｑ＝∠
Ｄ’ＤＲ’＝θ₁である。また、∠Ｂ’ＱＢ＝π−（∠
ＢＢ’Ｑ＋∠ＱＢＢ’）＝π−（３θ₁＋θ₂）であり、
かつ∠Ｄ’Ｒ’Ｄ＝π−（∠Ｒ’ＤＤ’＋∠ＤＤ’
Ｒ’）＝π−（３θ₁＋θ₂）であるので、∠Ｂ’ＱＢ＝
∠Ｄ’Ｒ’Ｄとなる。

【００４９】次に、△ＰＢＱと△Ｓ’Ｄ’Ｒ’は、２辺
とその間の角度が等しいので合同である。

【００５０】∵上記より△Ｂ’ＢＱと△ＤＤ’Ｒ’が合
同であるので、線分ＢＱ＝線分Ｄ’Ｒ’、線分ＢＰ＝線
分Ｄ’Ｓ’である。また、∠ＰＢＱ＝∠Ｒ’Ｄ’Ｓ’で
ある。∴線分ＰＢＱ＝線分Ｒ’Ｄ’Ｓ’が証明される。

【００５１】以上により、全光路長が等しくなること、
すなわち線分ＡＢ＋線分ＢＣ＋線分ＣＤ＋線分ＤＥ＝線
分Ａ’Ｂ’＋線分Ｂ’Ｃ’＋線分Ｃ’Ｄ’＋線分Ｄ’
Ｅ’となることが証明される。

【００５２】なお、上記の説明では、主光線の場合を代
表してその全光路長が等しくなることを証明したが、光
透過性ブロック１に対して斜めに入射する光線の場合
も、長方形Ａ’Ｂ’ＰＡとＳ’ＤＥＥ’が平行四辺形に
変わるだけであるので、全く同様に証明することが可能
である。

【００５３】

【発明の効果】以上のように、本発明の光情報読み取り
装置は、光透過性ブロックの同一面上に発光素子、受光
素子および対物レンズ等の光学素子を配置して一体化
し、この光透過性ブロックを光の伝搬路とする光学系と
し、この光透過性ブロックの反射面における長手方向両
端部に傾斜面がそれぞれ形成され、両傾斜面の傾斜角度
が同一とされている。そして、光学素子同士の相対位置
関係が一定になるように調整して、これらの光学素子を
光透過性ブロックに取り付けると、光透過性ブロック内
の全光路長が光透過性ブロックに対する光学素子全体の
取り付け位置の変動にもかかわらず、一定になる構成を
とるので、調整箇所が大幅に減り、位置合わせに要する
時間を短縮できる。また、位置合わせに要する調整装置
も少なくて済む。

【００５４】更に、光透過性ブロックも単なる台形プリ
ズムでよいため、従来のレンズ一体型のものに比べて加
工の難易度が減少する。また、対物レンズも通常の光デ
ィスクピックアップ用レンズをそのまま使える。

【００５５】以上の理由により、本発明によれば、量産
性に優れた安価な光情報読み取り装置を実現することが
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の光情報読み取り装置を示す斜視図。

【図２】本発明の光情報読み取り装置を示す側面断面
図。

【図３】本発明の光情報読み取り装置の組立方法を示す
側面図。

【図４】本発明の光情報読み取り装置の調整方法を示す
略示側面図。

【図５】本発明の光情報読み取り装置において、光路長
が一定となる理由を説明するための側面図。

【図６】従来のＣＤ用ピックアップの光学系を示す模式
図。

【図７】従来の光情報読み取り装置を示す斜視図。

【図８】従来の光情報読み取り装置を示す側面断面図。

【符号の説明】

１光透過性ブロック２半導体レーザ３サブマウント４光検出器５ホログラムビームスプリッタ６Ｓｉ基板７対物レンズ８光ディスク９基準面１０基準線１１、１２傾斜反射面１３光透過性ブロックの上面１４光透過性ブロックの下面

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者中野貴彦大阪府大阪市阿倍野区長池町22番22号シャープ株式会社内 (56)参考文献特開昭60−133551（ＪＰ，Ａ) 特開昭63−52342（ＪＰ，Ａ) 特開昭62−162245（ＪＰ，Ａ) 実開昭62−142726（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) G11B 7/135

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】光透過性ブロックの同一面上に発光素
子、受光素子および対物レンズ等の光学素子を配置して
一体化されており、該光透過性ブロックの相対向する他
方の面を反射面として、これら２面の間を光の伝搬路と
する光学系を有する光情報読み取り装置であって、該光透過性ブロックの反射面における長手方向両端部に
傾斜面がそれぞれ形成され、両傾斜面の傾斜角度が同一
とされ、かつ、該光学素子のそれぞれが素子同士の相対
位置関係が一定になるように調整して該光透過性ブロッ
クに取り付けられており、該光透過性ブロック内の全光
路長が該光透過性ブロックに対する光学素子全体の取り
付け位置の変動にもかかわらず、一定になる構成を有す
る光情報読み取り装置。
【請求項２】前記光透過性ブロックが、前記光学素子
を配置した面に平行な反射面を有する請求項１記載の光
情報読み取り装置。